天气现象视频智能观测仪

天气现象视频智能观测仪

技术要求

（试行）

中国气象局综合观测司

2019年5月

目录

1 前言 (1)

1.1 目的 (1)

1.2 适用范围 (1)

1.3 编写依据 (1)

2 组成结构 (1)

2.1 硬件 (1)

2.2 软件 (2)

3 功能要求 (2)

3.1 概述 (2)

3.2 硬件功能 (2)

3.3 软件功能 (3)

4 技术指标要求 (4)

4.1 硬件性能指标 (4)

4.2 识别指标 (5)

4.3 环境适应性指标 (5)

4.4 可靠性指标 (7)

4.5 可维护性指标 (7)

4.6 设备寿命 (7)

5 结构及材料要求 (7)

5.1 外观要求 (7)

5.2 机械结构要求 (7)

5.3 机械强度要求 (7)

5.4 电缆连接要求 (7)

5.5 材料与涂敷要求 (7)

5.6 安全要求 (8)

6 供电要求 (8)

6.1 主电源供电要求 (8)

6.2 备选电源供电要求 (8)

7 防雷要求 (8)

8 包装运输和安装要求 (8)

8.1 包装运输要求 (8)

8.2 安装要求 (9)

附录A 天气现象视频智能观测仪输出图片命名规则 (10)

附录B 天气现象视频智能观测仪输出数据格式 (11)

1 前言

1.1 目的

研究和试验表明，应用计算机视觉和深度学习技术，对视频采集器拍摄的天气现象（或气象要素）实现自动观测识别是一条行之有效的途径，尤其是对于目前尚未实现器测的天气现象（或气象要素）观测项目，更具有重要的发展意义。为更好地规范基于这一技术的观测装备——天气现象视频智能观测仪的研发生产，特编制本技术要求。

1.2 适用范围

本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构、功能和技术指标，可作为设备设计研制、生产和测试评估的依据。

1.3 编写依据

（1）《地面气象观测规范云》（GB/T 35222-2017）；

（2）《地面气象观测规范天气现象》（GB/T 35224-2017）；

（3）《地面气象观测资料质量控制》（QXT 118-2010）；

（4）《地面气象要素编码与数据格式》（GB/T 33695-2017）；

（5）《地面观测气象数据字典》（2013）；

（6）《数据字典终端控制命令》（2013）；

（7）《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求》（GB 4793.1-2007）；

（8）《电磁兼容试验和测量技术》（GB/T 17626）；

（9）《气象观测专用技术装备功能规格需求书编写指南（试行）》（中国气象局综合观测司）

（10）《Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation》(WMO-No.8)。

2 组成结构

天气现象视频智能观测仪主要由视频采集器和控制处理器组成，安装在同一立杆上。其中，天气现象（或气象要素）识别软件（以下简称识别软件）运行在控制处理器上。

2.1 硬件

2.1.1 视频采集器

视频采集器由多个摄像机组成。根据观测对象特点和需要，一般为1个鱼眼摄像机和2至4个普通摄像机。

2.1.2 控制处理器

控制处理器一般由小型运算平台、有线通信模块、无线通信模块和电源模块等组成。

2.1.3 辅助设备

辅助设备包括立杆、支架、机箱等安装结构件，以及观测识别所必须的标志物。

2.2 软件

软件主要包括识别软件和控制管理软件，分别用于天气现象（或气象要素的）的自动观测识别和对设备进行控制管理。

3 功能要求

3.1 概述

天气现象视频智能观测仪应包含基于计算机视觉和深度学习技术的识别软件，可通过其获取的视频资料实现天气现象（或气象要素）的实时自动观测识别。天气现象视频智能观测仪应实现自动观测识别的天气现象（或气象要素）为总云量、云状、地面凝结现象（霜、露、雨凇、雾凇）、结冰、积雪和雪深，并具备扩展至低云量、云高、电线积冰、视程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、扬沙、沙尘暴）的自动观测识别能力。

3.2 硬件功能

3.2.1 视频采集器

视频采集器为各类天气现象（或气象要素）的自动观测识别提供视频，其中鱼眼摄像机对天空方向进行拍摄，普通摄像机对水平方向或地面进行拍摄，并将采集的视频提交控制处理器。各摄像机视频应支持接入网络视频存储设备。

3.2.2 控制处理器

控制处理器中的小型运算平台需承载识别软件和控制管理软件，应为适用于野外的工业级产品，具有基于CPU或GPU或NPU的计算架构，支持Linux或Windows操作系统，具备必要的存储空间，支持接入U盘（或SD卡、TF卡）等外部存储。通信模块应实现所有摄像机、运算平台和远端网络的互联。供电模块

可实现对本观测仪各组成设备的统一供电。

3.2.3 辅助设备

视频采集器、控制处理器等通过支架和机箱安装到同一立杆上。机箱应具有良好的密封性并兼顾散热，防护等级要求达到IP65，具有安全防盗、防辐射等性能。各类天气现象（或气象要素）识别应尽可能不改变现有环境，其中电线积冰、雨凇和雾凇观测识别宜使用电线积冰架；结冰观测识别宜使用小型蒸发皿，置于自动雪深观测仪西侧；雪深观测识别可定制专用雪深标尺，最小刻度为1cm，长度为1m~2m ，直径不大于3cm，宜置于自动雪深观测仪西侧。

3.3 软件功能

3.3.1 识别软件

识别软件对视频采集器所拍摄视频中所包含的天气现象（或气象要素）实时自动观测识别，是天气现象视频智能观测仪的核心，观测识别天气现象（或气象要素）同3.1。识别软件应基于成熟的深度学习平台，方便训练迭代和支持远程升级；识别软件识别间隔（时间分辨率）可依据业务要求设置，最高可支持1次/分钟；识别软件具备质量控制功能，可进行界限值检查和内部一致性检查（按《地面气象观测资料质量控制》（QXT 118-2010）执行）。

3.3.2 控制管理软件

控制管理模块包括初始化、参数设置、运行状态信息、数据存储、数据传输、远程升级和时钟同步等功能。

（1）初始化：设备自检（包括控制处理器和各摄像机），做好视频采集、识别处理和通信连接准备。

（2）参数设置：可通过终端软件或网络对天气现象视频智能观测仪进行参数设置。

（3）运行状态信息：具备输出设备运行状态信息的功能，主要包括控制处理器的工作状态和通信状态，各摄像机的工作状态、加热状态、通讯状态、镜头污染状态等。

（4）数据存储：支持识别结果、状态信息以及图片（jpg格式，图片存储命名规则见附录A）的存储。采用循环式存储，即最新数据覆盖旧数据。

（5）数据传输：支持主动传输和被动传输两种传输模式，数据格式与命令